具有非虚拟成员的类的装饰器答案

【问题标题】：Decorator for class with non-virtual members具有非虚拟成员的类的装饰器
【发布时间】：2020-05-01 23:10:48
【问题描述】：

我正在尝试将装饰器模式用于通常的目的，以便能够向我的类添加功能，同时保持对类层次结构的控制。我的困难源于我的类A 有一个成员basicVar 和一个方法basicOp()，它处理一些未指定的基本功能，这些功能是必需的，但在任何派生类中都不会改变。因此，我将 A 声明为：

class A {
public:
  virtual void func() { /* Some default implementation */}
  void basicOp() { /* some basic operation on basicVar*/}
private:
  int basicVar;
}

通过这种方式，派生类不需要实现basicOp() 并且对basicOp() 的调用不会产生虚拟调用的开销。然后我将装饰器基类实现为：

class ADecorator: public A{
protected:
  std::unique_ptr<A> _a;

public:
  ADecorator(std::unique_ptr<A> a): _a(std::move(a)){}
  void func(){ _a->func(); }
  void basicOp(){ _a->basicOp();}
}

从ADecorator 继承的特定装饰器将覆盖func() 以提供额外的行为。现在我的问题出现了：当使用继承自ADecorator 的装饰器时，使用A 接口，如下所示：

std::unique_ptr<A> dec = std::make_unique<Decorator>(std::make_unique<A>());
dec->basicOp();

被调用的方法将是A::basicOp()，它作用于dec.basicVar，而不是ADecorator::basicOp()，它作用于装饰器包装的对象的dec._a.basicVar成员。 func() 不会发生这种情况，因为它是虚拟的。通过将basicOp() 也声明为虚拟，问题就解决了，但声明一个虚拟方法只是为了让使用装饰器成为可能，这听起来像是在搞砸接口。

我非常确信这一定源于设计错误，但我无法准确确定是哪一个错误以及如何解决它。也许问题在于A 中存在一个数据成员，或者实际上装饰器模式仅用于所有方法都声明为虚拟的类？

提前致谢。

【问题讨论】：

开销是如此微不足道，如果它解决了另一个问题，那么不使用它是没有意义的。
@MichaelChourdakis 感谢您的回答。我同意你的观点，但在我看来，将其设为虚拟可能会导致一些用户认为它应该在派生自 A 的类中被覆盖，而唯一打算这样做的类是装饰器。对我来说，这听起来像是一个糟糕的设计。
由于basicOp 不是抽象的，因此可以解释为可以重写该函数，但不必如此。连同良好的文档（“此功能不应被覆盖”），您只需要相信A 的用户不会做任何坏事。如果他们这样做并抱怨，那么你可以说“嘿，我告诉过你这不是要被推翻的，你只能怪你自己！” :)
@Someprogrammerdude 是的，我同意这是可行的，并且可能是要走的路。尽管如此，它闻起来并不是 100% 好的，所以在继续之前，我想了解我是否由于糟糕的设计选择而陷入了一个已知的陷阱。
@NicolaMori 我认为您不能也不应该解决这个问题。您实际上希望 basicOp 具有虚拟行为，因此只需将其声明为虚拟 ;)

标签： c++ decorator

【解决方案1】：

你是对的，A 是 有状态的 与装饰器的使用不兼容。你有一个矛盾：你说basicOp 永远不会在派生类中更改，但是你有一个合理的派生类ADecorator 确实想要更改它（通过将其转发给另一个目的）。如果basicOp 可以在没有任何成员变量的情况下实现（例如，它只是一些虚拟调用的包装器），那么内部或外部对象执行对它的调用就没有问题。

解决此问题的一种方法是将A 的那部分分隔到ConcreteA 中并在A 中提供

virtual ConcreteA& getConcrete()=0;

然后在装饰器中存储unique_ptr<ConcreteA>，并适当实现getConcrete；任何使用ConcreteA直接的人都可以拨打非虚拟电话。

【讨论】：

非常感谢，我也有类似的想法，但由于我有限的编程技能，他们非常困惑。现在我想我明白了，我会在我的真实代码上尝试你的建议，看看它是否符合我的需求，顺便说一句，很遗憾这样一个通用规则（“装饰器不适合与有状态类一起使用” ) 没有出现在我读过的任何装饰器教程中，它会为我节省很多时间。

【解决方案2】：

受 Davis Herring 提议的启发，我将A 改写为：

class A {
public:
  A(): repr{std::make_shared<Representation>()} {}
  virtual void func() { /* Some default implementation */}
  void basicOp() { /* some basic operation on repr->basicVar*/}
protected:
  struct Representation{
    int basicVar;
  }
  A(const std::shared_ptr<Representation> &extRepr){repr = extRepr;};
  std::shared_ptr<Representation> Repr() {return repr;};
private:
  std::shared_ptr<Representation> repr;
}

和ADecorator 为：

class ADecorator: public A{
protected:
  std::unique_ptr<A> _a;

public:
  ADecorator(std::unique_ptr<A> a): A(a->Repr()), _a(std::move(a)){}
  void func(){ _a->func(); }
}

这样，装饰器和被装饰对象共享A 的相同表示，因此dec->basicOp() 对装饰器和被装饰对象都起作用。

这看起来很 hack，因为它使派生类可以使用A 的表示，所以A 不能有真正的私有成员。更好的版本可能是：

class A {
public:
  A(): repr{std::make_shared<Representation>()} {}
  virtual void func() { /* Some default implementation */}
  void basicOp() { /* some basic operation on repr->basicVar*/ }
protected:
  class Representation{
    friend class A;
    int basicVar;
  }
  A(const std::shared_ptr<Representation> &extRepr){repr = extRepr;};
  std::shared_ptr<Representation> Repr() {return repr;};
private:
  std::shared_ptr<Representation> repr;
}

我不知道这个实现是否存在任何基本问题（除了明显的复杂性），但现在它对我有用。

【讨论】：